基于应用型人才培养的大学物理实验教学改革

于凤梅 周丽萍 李伟 王克强

摘要：遵循本校应用型人才培养的定位，大学物理实验教学针对新时期出现的问题进行改革与探讨。首先教师要更新实验教学观念，在教学中增加与时俱进的物理实验教学内容；其次改革教学模式与教学方法，如建立循序渐进的分层实验教学体系，利用网络、虚拟仿真等现代化技术进行教学；最后改进物理实验考核方法。通过物理实验教学改革，学生的实践能力获得提升，教学质量得到了提高，物理实验教学为应用型人才培养奠定基础。

关键词：大学物理；实验教学；改革

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2019）33-0278-03

随着我国高等教育规模的快速发展，教育部引导一批地方本科院校向应用型高等学校转型，鼓励地方高校面向社会需求，培养各行业发展急需的应用型人才，服务本地经济发展。大学物理实验是教育部规定面向理工科各专业学生开设的基础课程。对于应用型高校，大学物理实验是非常重要的基础课。物理实验能够反映理工科实验的共性和普遍性问题，大学物理实验是学生进入大学后接受系统科学实验方法和实验技能训练的开端。物理实验不仅应让学生受到严格的、系统的实验技能训练，掌握科学实验的基本知识、方法和技巧，更重要的是培养学生理论联系实际、分析和解决问题的能力，为培养学生成为应用型人才奠定坚实基础。本文基于应用型人才的培养，对大学物理实验教学改革进行了探索与实践。

一、新时期大学物理实验教学出现的问题

（一）学生基础参差不齊，不重视物理实验

随着新校区的建立，我校招生规模不断扩大，入学人数增多，生源不同，学生基础参差不齐。学生不重视实验的现象比较普遍，部分学生对待实验的态度马虎、敷衍了事。其主要原因有三个方面：首先，受传统教育思想的影响，重视理论而轻视实验的现象在教学中比较常见，有的学生认识不到大学物理实验课的重要地位；其次，以教师为主体、学生为客体的教学模式，不能充分调动学生实验的积极性；最后，受就业等的影响，有的学生缺乏学习物理实验的兴趣和动力。

（二）传统物理实验教学内容、教学方法和考核测评面临挑战

传统物理教学内容陈旧，缺乏现代化气息。大学物理实验教材内容基本以经典的验证性实验为主，缺乏与现代技术关联的实验，并且大部分实验的原理、方法和步骤及数据处理需要的公式都有罗列，学生按既定的步骤进行基本可以完成实验。

传统教学方法比较单调，不能调动学生的主动性和创造性。在过往的实验教学过程中，学生一般是被动地接受知识和实验方法，学生一般不需要制定实验步骤和准备、搭建仪器设备。学生按照现有的实验讲义按部就班地操作一下，记录数据，就可以完成实验，这样学生在实验课上收获甚微。

实验考核方法不完善，致使学生的动手能力和独立思考能力无法考查。长期以来学生的实验成绩由平时成绩决定，即以实验报告为主，而忽略了对实验过程中学生的各实验环节的考查。最终实验技能强的学生实验成绩可能没有只认真书写报告拷贝他人数据的学生高，这可能打击了学生认知过程中的积极性和主观能动性，致使学生的实践能力得不到更好的训练。

二、大学物理实验改革措施

（一）更新实验教学观念，转变思想意识

长期以来，物理实验教学常处于理论课教学的从属地位，不被重视。教学过程中，应使师生认识到理论教学与实验教学之间是相辅相成、相互促进的关系。实验教学是理论结合工程技术的桥梁，是培养学生由知识型人才向应用型人才发展的重要途径，实验教学对于提高学生动手能力和培养学生创新能力有着理论教学无法替代的作用。在思想上对物理实验有了正确的认识后，教师在物理实验课的教学中尽心尽职严格把关，学生在物理实验课中会更好地发挥主观能动性学习实验内容。

（二）增加与时俱进的物理实验教学内容

根据当今物理学的发展方向和新时代对人才的要求，及时更新教学内容是必要的。结合我校人才培养目标“培养有较强的实践能力的应用型高级专门人才”，把当前的新技术、实用性实验技能融入大学物理实验教学中，才能实现教学内容与时俱进，更好地培养应用型人才。

1.编写物理实验教材。物理教研室的教师针对大学物理实验课程，建立起一套符合学生认知规律和现代知识结构的新的教学内容体系，在总结我校大学物理实验教学改革与实践的基础上编写了新教材。教材在精选经典实验的基础上，充实了一些适合现代社会发展的新的实验项目，如“锑化铟电阻传感器的磁阻特性测量及应用”，“温差电效应与应用”，“霍尔位置传感器及弯曲法杨氏模量的测定”和“全息照相技术”等实验，以拓宽学生知识面，加深学生对物理在现代生产、生活中的应用学习。实验内容具有现代化气息，激发学生兴趣。

2.整合和优化实验教学内容体系。借鉴有关其他院校的改革经验[1]，我们对现有物理实验教学内容体系进行了改革、整合和优化。在内容设置上减少和改造验证性、测量性实验，调整并充实了综合性实验，突出了设计性实验，建立起了包括基础性实验、综合性实验、设计性实验在内的分层教学体系。新的教学内容体系由易到难，由简单到综合，由注重传授基本方法到注重培养实践能力，循序渐进、逐级提高，教学取得一定效果。

基础性实验，主要是测量基本物理量和使用常规、经典实验仪器，在实验内容设置上，首先要求完成学生基本实验技能训练，如调整基本光路、使用万用表检测与排除电路故障等。其次要求学生能灵活应用基本实验方法，如比较法、补偿法、干涉法等。在综合性实验内容设置上要求学生遵循综合性、探索性等实验原则。为了更好地体现科学技术的新发展和新工科的课程内容，实验改革添加了近现代科学研究与工程技术应用较多的物理技术，如传感器技术、激光技术、弱信号检测技术等实验内容，强化物理实验与工程技术的紧密关系，把应用型人才培养的理念贯穿物理实验教学中[2]。设计性实验是指应用所掌握的知识，根据实验室设定的实验题目和内容要求，学生自主查找阅读文献、设计实验方案、选择实验方法和实验器材、拟定实验步骤并独立完成的实验。如结合不同专业特点，开设适合不同专业学生的设计性实验项目。例如：电子类专业可开设示波器的相关设计性实验，如RLC电路特性研究、磁滞回线测定等项目；农学专业可开设恒温自动控制的实验项目；生物工程专业开设自组望远镜和显微镜的实验等。设计性实验能突出学生在实验中的主体地位，其独立思考、动手能力、个人才智得到了充分尊重[3]。设计性实验拓宽了学生创新的思维空间，有利于培养具有创新思想的应用型人才。

（三）改革教学模式、教学方法

1.建立多元教学模式。教学模式和教学方法的改革建设与教学内容体系的改革是相辅相成的，前者是后者的逻辑展开。根据上述多层次的分級教学体系，发展多元教学模式并将采用多变的教学方法。

所谓多元教学模式，是指依据实验内容的层次不同对应采用传统教学模式或半开放性教学模式。传统教学模式，是指学生在既定的时间和实验室，使用统一的教材在教师指导下完成实验教学。半开放教学模式，即对实验的时间和空间、教学内容、教学设备、教学目标的部分开放，它是由传统教学模式向开放性教学模式的过渡。

不同的实验教学模式具有不同的教学功能和作用。为了让学生掌握实验共性的东西，打下良好的实验基础，在基础性实验和综合性实验过程中必须采用过去行之有效的传统教学模式。半开放可以是教学时空、教学仪器的开放，也可以是教学内容、教学目标的开放等，可以对设计性实验进行开放。在半开放教学模式阶段将为学生提供丰富的不同专业的必修实验和选修实验项目，学生可根据专业、能力和兴趣自由选择实验，使教学内容富有弹性。教学仪器结合实验室具体情况进行开放，学生可根据所选实验内容选择仪器设备，进行自主学习和深入研究。通过传统教学模式和半开放性教学模式的实验教学有利于提高学生的实验技能、思维能力、综合应用能力。

2.利用现代化信息技术改进教学方法。现代科学技术的突飞猛进，利用计算机、多媒体技术、网络技术等现代化工具，改革传统的教学方法日益受到物理工作者的重视。

随着新校区的建设和使用，学校对大学物理实验室建设打破老校区的格局，新校区每间实验室都配置了多媒体设备，这样为开展现代化实验教学提供了有利条件。（1）使用多媒体、网络进行实验教学。搞好现代化的多媒体教学必须有高质量的多媒体课件，综观市面上的各实验教学课件都具有一定的局限性，这些课件中涉及的实验项目有限，有些课件使用的仪器与本校不同，为设计制作好实验教学课件，物理教研室成立了制作小组，经过深入的调查研究、分析讨论和结合我校具体情况，确定大学物理实验多媒体课件设计制作的项目内容，用计算机、投影仪展示台、数字照相机、数字摄影机等现代化的教学工具，将各实验项目内容的文字、图片、动画、音像等资料进行采集整理和编辑制作，开发一套符合我校实际要求的科学合理的实验教学课件。同时积极建设大学物理课程中心，物理实验相关资料逐步电子化、网络化，方便学生移动学习[4]。如学生可以利用课下时间进行网上预习实验；学生登录在线报告系统提交报告，教师在线批改；课程中心可进行线上答疑，提高了课堂的效率；在网上预览设计性实验的项目内容、要求和实验条件，老师推荐加学生自选，最终确定学生感兴趣的实验项目等。在实验学时有限情况下，课程网站提高了教和学的效率。（2）建设虚拟仿真实验资源。科技发展日新月异，新器件、新设备层出不穷，实验室设备紧跟科技的发展而更新建设是不太现实的，实验内容更不可能包罗万象，仿真软件可以弥补这个问题。仿真软件可以不断更新，不断加入新的元器件。虚拟仿真实验资源具备先进、功能强的仪器，既扩充了实验内容，开阔了学生的视野，又节省了经费。

（四）改进物理实验考核方法

原有的物理实验考核大都由平时成绩决定，平时成绩包括实验报告和出勤率以及实验课堂上的表现等。由于上课人数较多，教师很难准确评估每个学生的实验技能。为了进一步保证实验课的教学质量，公正评价学生，改革成绩考核方法是必要的。新的实验考核由平时成绩和期末实验考试成绩两部分构成，平时和期末分别占总成绩的70%和30%，学生的期末实验考试采用操作考试的方法。操作考试采用抽签的方式，让学生独立完成本学期的一个实验项目，同时将基础性、综合性和设计性实验分别乘上不同的难度系数，向综合性、设计性实验倾斜，以此鼓励学生重视此类实验，提高其分析问题和解决问题的能力。期末考核内容涉及实操情况、误差分析、实验技术以及创新能力等方面。新的考核方法重视学生实验的实操情况和数据处理能力，能够引导学生重视平时实验课上实验技能的训练与积累。

三、结束语

大学物理实验教学改革遵循本校应用型人才培养的定位，通过进一步优化实验教学内容体系，深化改革教学模式和方法，改进物理实验考核方法，提高了学生的实践能力和创新能力，提高了学生分析问题和解决问题的能力。大学物理实验教学改革提高了实验教学效果，为应用型人才的培养奠定基础。

参考文献：

[1]吴海英.《大学物理实验》改革的几点建议[J].大学物理实验2015，28（1）：101-102.

[2]张晓鹏，韩仁学，孙杨.大学物理实验教学改革方案设计与实践[J].大学物理实验，2015，28（3）：114-116.

[3]范婷，李金平.TPACK理论框架下大学物理实验教学设计与整合[J].物理实验，2018，38（6）：46-50.

[4]马宁生，吕军，方恺.大数据背景下的大学物理实验教学改革[J].物理实验，2016，36（12）：26-30.